La spectrométrie laser à cascade quantique est maintenant une méthode établie pour mesurer efficacement et précisément différentes concentrations de gaz. Jusqu’à présent, les appareils laser ont particulièrement bien réussi à mesurer de petites molécules, telles que les polluants atmosphériques gazeux ou les gaz à effet de serre. Les chercheurs de l’Empa ont toutefois réussi à optimiser un spectromètre laser afin de pouvoir mesurer de plus grosses molécules.
« Nous avons pu visualiser la structure fine de l’absorption infrarouge des molécules », explique Lukas Emmenegger, responsable du département Pollution de l’air / Technologie environnementale. Afin de déterminer les concentrations des différentes molécules d’un mélange gazeux, un faisceau de laser est projeté à travers une cellule dite à réflexion multiple sur le mélange gazeux, la lumière du laser étant ensuite absorbée par les molécules du gaz.
Plus l’absorption de la lumière est importante, plus la concentration des molécules concernées est élevée. Afin de pouvoir quantifier de plus grosses molécules, les chercheurs ont utilisé un laser à très haute résolution, réduit la pression de l’échantillon de gaz et minutieusement examiné les données. En conséquence, les déviations les plus fines des spectres sont devenues visibles.
Cette nouvelle réalisation des chercheurs de l’Empa connaît un tel succès qu’elle est déjà utilisée. En collaboration avec l’Institut fédéral de métrologie (METAS), l’équipe a développé un appareil permettant de comparer les gaz de référence utilisés pour vérifier les appareils de mesure d’alcool. La concentration d’éthanol dans l’haleine synthétique – un mélange d’éthanol, d’eau, de dioxyde de carbone et d’azote – est mesurée beaucoup plus précisément qu’avec les méthodes précédentes.
Différentes méthodes de production de gaz de référence sont utilisées dans le monde entier. Cependant, ces méthodes donnent des résultats différents : c’est une solution insatisfaisante, car une différence de quelques pour cent peut avoir un grand effet lors de l’étalonnage des instruments de mesure de l’alcool. Afin de garantir des résultats de mesure uniformes et comparables, une méthode de référence définie avec précision est prescrite en Suisse dans laquelle un gaz d’étalonnage est produit par saturation avec un mélange alcool-eau.
« Grâce au laser à cascade quantique, ces gaz de référence peuvent désormais être comparés avec précision et fiabilité », explique Emmenegger. Il s’agit là d’une tâche importante, car il est également essentiel pour les fabricants d’instruments de savoir quels mélanges de gaz de référence sont comparés.
Cela peut conduire à une situation dans laquelle l’instrument avec le même ajustement remplit les exigences dans un pays mais pas dans un autre, simplement parce que le pays en question se calibre en utilisant une méthode différente. Une mesure fiable avec le laser à cascade quantique peut aider à normaliser les systèmes de référence afin que les exigences puissent être satisfaites de la même manière dans différents pays.
Cependant, Emmenegger et son équipe pensent déjà à l’avenir car la méthode de mesure précise de différentes molécules organiques de tailles variées offre un large éventail d’autres applications. Grâce au projet commun avec METAS, les chercheurs ont pu développer une approche qui permet de nombreuses autres applications, comme l’analyse médicale de l’air respirable ou la surveillance environnementale.
Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash
